少层石墨炔纳米片用于DNA的多重实时荧光检测取得重要进展

　　生物标志物的高灵敏度、高选择性、快速检测，对于疾病的临床诊断和流行疾病的预防十分重要。其中，荧光检测技术由于灵敏度高、选择性好，已成为生物分子检测的优选手段之一。单层二维纳米片对染料标记的单链DNA（ssDNA）具有选择吸附和荧光猝灭能力，能够实现DNA与小分子的有效检测。 

　　氧化石墨烯（GO）是最早报道的具有荧光淬灭能力的二维材料，石墨烯与核酸之间的π-π堆积作用，使得染料标记的ssDNA能够强烈吸附于GO表面，GO与染料分子之间的荧光共振能量转移使荧光染料淬灭。但双链DNA（dsDNA）由于带负电荷的磷酸骨架对核酸碱基的屏蔽效应，降低了dsDNA与GO分子的相互作用，不能发生荧光淬灭。 

　　石墨炔（GD）是一种新的二维碳材料，计算结果表明，它应当具有比石墨烯更强的吸附染料分子和捕获电子的能力，因而有望产生更有效的荧光淬灭，提高检测灵敏度。中科院过程工程研究所王丹研究员及其合作者课题组采用锂插层法对石墨炔进行剥离，获得了少层的石墨炔纳米片（图1），其具有高的荧光猝灭能力，以及对ssDNA与dsDNA不同的亲和力，实现了对多种DNA的实时检测，检测限低至25×10^-12 M（图2）。而且，与GO和MoS₂纳米片相比，该少层石墨炔纳米片具有更高的灵敏度和更短的检测时间。该检测方法可在均相溶液中进行，完全适用于原位检测，可携带多种荧光指示剂，能够实现对多种生物分子的实时检测。该研究开拓了基于GD纳米探针的简便、快速、高效的生物分子荧光检测技术，为二维纳米生物传感材料的研发及其在生物分析上的应用提供了全新的思路。 

　　相关研究结果发表在《先进材料》（Adv. Mater 2017, 29, 1606755）上。该研究得到了国家自然科学基金杰出青年基金（21031005），国家自然科学基金（21590795, 51672276, 21671016, 51372245,51541206），中国科学院创新交叉团队，生化工程国家重点实验室等支持。 

　　图1. a) 少层石墨炔纳米片的TEM照片（插图：剥离前的石墨炔纳米片的TEM照片）;

b) 少层石墨炔纳米片的AFM照片（插图显示厚度约为1.1nm）; c) MoS₂纳米片的TEM照片; d) 氧化石墨烯的TEM 照片. 

　　图2. a-c) 不同靶DNA浓度下（T1, T2, T3: 0-5×10^-9 M）染料标记的ssDNA的荧光光谱（P1: H1N1-FAM，P2: H5N1-Texas Red，P3: M13-FAM）; 

d-f) 靶DNA检测的校准曲线 

（生物剂型与生物材料研究部）